复旦大学961-计算机系统基础-第五章-系统系I/O和网络编程

落日映苍穹つ 2022-12-26 08:22 133阅读 0赞

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### 文章目录 ###

*  I/O相关概念
 *  文件及文件操作
 *  共享文件
 *  网络编程
 *  客户端-服务器模型
 *  套接字接口
 *  HTTP请求
 *  Web服务器

# I/O相关概念 #

《王道2021组原》 P283

I/O即输入/输出，输入/输出是以主机为中心而言的，将信息从外部设备传送到主机上称为**输入**，反之称为**输出**。

I/O系统中的几个基本概念如下：

1.  **外部设备**：包括输入/输出设备和通过输入/输出接口才能访问的外存储设备。
2.  **接口**：在各个外设与主机之间传输数据时进行各种协调工作的逻辑部件。
3.  **输入设备**：用于向计算机系统输入命令和文本、数据等信息的部件。键盘和鼠标是最基本的输入设备。
4.  **输出设备**：用于将计算机系统中的信息输出到计算机外部进行显示、交换等的部件。显示器和打印机是最基本的输出设备
5.  **外存设备**：指除计算机内存及CPU缓存等以外的存储器。硬磁盘、光盘等是最基本的外存设备。

一般来说，I/O系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成：

1.  **I/O软件**：采用I/O指令和通道指令实现CPU与I/O设备的信息交换。如驱动程序。
2.  **I/O硬件**：包括外部设备、设备控制器和接口等。通过设备控制器来控制I/O设备的具体动作：通过I/O接口与主机（总线）相连。

# 文件及文件操作 #

《CSAPP》P623

每个Linux文件都有一个**类型**来表明它在系统中的角色，主要有：

1.  **普通文件**：包含任意数据。有**文本文件**和**二进制文件**两种，文本文件里存的是ascii或unicode字符的普通文件。二进制文件里面存的是二进制数据
2.  **目录**：包含一组**链接**的文件。其中每个链接都将一个文件名映射到一个文件。这个文件有可能是另一个目录
3.  **套接字（socket）**：用来与另一个进程进行跨网络通信的文件。

文件有如下几种操作：

1.  **打开文件**：进程通过调用open函数来打开一个已经存在的文件或者创建一个新文件。方式有：只读、只写、读写
2.  **关闭文件**：进程通过调用close函数关闭一个打开的文件
3.  **读文件**：read函数
4.  **写文件**：write函数

在某种情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少，这些**不足值（short count）** 不表示错误，出现这种情况的原因有：

1.  **读时遇到EOF**：若一个文件只有20个字节，而我们以50个字节的片进行读取。这样后面的read就会通过返回不足值0来发出EOF（End of file）信号。
2.  **从终端读取文件**：如果打开的文件是与终端相关联的（如键盘和显示器），那么每个read函数将一次传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。
3.  **读写socket**：如果打开的文件为socket文件，则内部缓冲约束和较长的网络延迟会引起read和write返回不足值。

使用RIO（Robust I/O）包可以自动为你处理上述说到的这三种不足值。它提供了两种不同的函数：

1.  **无缓冲的输入输出函数**
2.  **带缓冲的输入输出函数**

# 共享文件 #

《王道2021操作系统》 P238

**文件共享**使多个用户（进程）共享同一个文件，系统中只需要保留该文件的一个副本。

现代常用的两种文件共享方式如下：

1.  **硬链接**：基于索引结点的共享方式。在这种共享方式中，诸如文件的物理地址及其他的文件属性等信息，不再存放在目录项中，而是放在索引结点中。在文件目录中只设置文件名及指向相应索引结点的指针。在索引结点中还有一个链接计数count，它代表当前文件有几个用户目录链接到了本文件上。若用户删除文件，只会将count数减1，当count数减为0时，才会真正的删除文件。
2.  **软链接**：利用符号链实现文件共享，就是windows里的快捷方式。为使用户B能共享用户A的一个文件F，可以由系统创建一个LINK类型的新文件，也取名为F，并将文件F写入用户B的目录中，以实现用户B的目录与文件F的链接。在新文件中只包含被链接文件F的路径名。当用户要访问该软链接文件时，操作系统会先读取该链接文件中的路径，然后使用该路径去访问真正的文件。

# 网络编程 #

《CSAPP》P642

# 客户端-服务器模型 #

《CSAPP》P642

每个网络应用都是基于**客户端-服务器**模型的。采用该模型，一个应用由一个服务器进程和多个客户端进程组成。服务器管理着某种**资源**，并且通过操作这种资源来为它的客户端提供某种**服务**。

客户端-服务器模型的基本操作是**事务**（transaction，不是数据库里的那个事务），一个事务有以下四步组成：

1.  客户端发送请求
2.  服务端收到请求，并进行处理
3.  服务端给客户端返回响应
4.  客户端收到响应，并进行处理。

# 套接字接口 #

《CSAPP》P652

套接字接口（socket interface）是一组函数，它们和Unix I/O函数结合起来，用于创建网络应用。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9ob25nZmVpXzM1OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
上述函数功能如下：

*  **getaddinfo**：将主机名、主机地址、服务名和端口号等信息，通过字符串作为参数传入，返回二进制的socket信息，供下一步初始化socket对象
 *  **socket**：socket函数用来创建一个套接字描述符（socket descriptor）
 *  **connect**：客户端通过调用connect函数来建立和服务器的链接。
 *  **bind**：用来将socket地址和socket描述联系起来
 *  **listen**：服务器调用listen函数，告诉内核，这个socket是服务器socket，不是客户端。
 *  **accept**：服务器通过调用accept函数来等待来自客户端的连接请求。

# HTTP请求 #

# Web服务器 #

[961]: https://blog.csdn.net/zhaohongfei_358/article/details/111414370
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